【手続補正書】
【提出日】平成18年10月30日(2006.10.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体を撮像する撮像手段と、
前記被写体に光を照射する光照射手段と、
を具備し、
前記撮像手段は、前記被写体と前記撮像手段とが相対的に移動する場合に、前記被写体の複数の部分画像を出力し、
前記撮像手段における前記部分画像面内の露光量を制御する制御手段を有することを特徴とする画像取得装置。
【請求項２】
前記光照射手段を複数有し、該光照射手段は前記撮像手段の主走査方向に平行に配置され、前記制御手段は、前記撮像手段の主走査方向の光量分布を、該複数の光照射手段の輝度制御によって制御する主走査方向制御手段を有することを特徴とする請求項１に記載の画像取得装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記撮像手段の副走査方向において、前記撮像手段の電荷蓄積期間または前記光照射手段の輝度の少なくとも一方を制御する副走査方向制御手段を更に具備し、
前記副走査方向制御手段は、前記撮像手段の副走査方向における前記光照射手段の輝度差を補正するように、前記撮像手段の電荷蓄積期間または前記光照射手段の輝度の少なくとも一方を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の画像取得装置。
【請求項４】
前記主走査方向制御手段は、前記撮像手段の前記主走査方向の画素領域において２／３〜４／５を占める中心部分の領域である中心領域の制御を行い、前記中心領域の光量分布における光量差が３０％以内となるように前記複数の光照射手段の輝度を制御することを特徴とする請求項２または３に記載の画像取得装置。
【請求項５】
前記主走査方向制御手段は、前記複数の光照射手段を配置に応じてグループ化して前記グループ別に制御することを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の画像取得装置。
【請求項６】
前記被写体が指紋である場合に、前記副走査方向が指の移動方向となることを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載の画像取得装置。
【請求項７】
前記副走査方向制御手段は、前記撮像手段の副走査方向における輝度差を補正するように前記撮像手段の電荷蓄積のタイミングに応じて前記光照射手段の輝度を変更する制御を行うことを特徴とする請求項３乃至６のいずれか１項に記載の画像取得装置。
【請求項８】
前記副走査方向制御手段は、前記光照射手段の輝度を、周期的な点滅における点灯期間の割合を変化させることにより制御することを特徴とする請求項３乃至７のいずれか１項に記載の画像取得装置。
【請求項９】
前記副走査方向制御手段が前記光照射手段を周期的に点滅させる場合に、前記点滅の周期は前記撮像手段における副走査の周期に応じた周期であることを特徴とする請求項８に記載の画像取得装置。
【請求項１０】
被写体を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段の主走査方向に平行に配置されて前記被写体に光を照射する複数の光照射手段と、
前記複数の光照射手段の輝度を制御する制御手段と、
前記撮像手段の副走査方向において、前記撮像手段の電荷蓄積期間または前記光照射手段の輝度の少なくとも一方を制御する副走査方向制御手段とを具備し、
前記制御手段は、前記撮像手段における前記主走査方向の光量分布を前記複数の光照射手段の輝度を制御することによって制御し、
前記副走査方向制御手段は、前記撮像手段の副走査方向における前記光照射手段の輝度差を補正するように、前記撮像手段の電荷蓄積期間または前記光照射手段の輝度の少なくとも一方を制御することを特徴とする画像取得装置。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の画像取得装置を具備することを特徴とする指紋認証装置。
【請求項１２】
被写体を撮像するための撮像手段を用いて、該被写体に光を照射して画像を取得する画像取得方法であって、
前記撮像手段と前記被写体とを相対的に移動させて、該被写体の複数の部分画像を出力し、前記撮像手段の前記部分画像面内の露光量を制御することを特徴とする画像取得方法。
【請求項１３】
前記撮像手段の主走査方向における前記光の輝度差を補正することを特徴とする請求項１２に記載の画像取得方法。
【請求項１４】
前記撮像手段の副走査方向における前記光の輝度差を補正するように、前記撮像手段の電荷蓄積期間または前記光の輝度の少なくとも一方を変更するように更に制御することを特徴とする請求項１２または１３に記載の画像取得方法。
【請求項１５】
被写体を撮像する撮像手段と、
前記被写体に光を照射する光照射手段と、
外光の状況を判断する判断手段と、
前記判断手段により判断した外光状況に応じて、前記撮像手段における画像面内の露光量を制御する制御手段とを具備することを特徴とする画像取得装置。
【請求項１６】
前記撮像手段は、前記被写体と前記撮像手段とが相対的に移動する場合に、前記被写体の複数の部分画像を出力し、
前記制御手段は、前記判断手段により判断した外光状況に応じて、前記撮像手段における前記部分画像面内の露光量を制御することを特徴とする請求項１５に記載の画像取得装置。
【請求項１７】
前記光照射手段を複数有し、該光照射手段は前記撮像手段の主走査方向に平行に配置され、前記制御手段は、前記撮像手段の主走査方向の光量分布を、該複数の光照射手段の輝度制御によって制御する主走査方向制御手段を具備することを特徴とする請求項１５または１６に記載の画像取得装置。
【請求項１８】
前記制御手段は、前記光照射手段の輝度を制御する輝度制御手段と、前記撮像手段の電荷蓄積期間を制御する蓄積期間制御手段を具備し、前記判断手段により判断した外光状況に応じて、前記輝度制御手段と前記蓄積期間制御手段の両者を制御することを特徴とする請求項１５乃至１７のいずれか１項に記載の画像取得装置。
【請求項１９】
前記主走査方向制御手段は、前記複数の光照射手段をグループ化し、主走査方向中心に対して両側に配置した少なくとも２グループを外光の入射方向に応じて独立して制御することを特徴とする請求項１７に記載の画像取得装置。
【請求項２０】
前記主走査方向制御手段は、前記複数の光照射手段をグループ化し、主走査方向において中心部に配置したグループと、両端に配置したグループの少なくとも２グループを外光の割合に応じて独立して制御することを特徴とする請求項１７または１８に記載の画像取得装置。
【請求項２１】
請求項１５乃至２０のいずれか１項に記載の画像取得装置を具備することを特徴とする指紋認証装置。
【請求項２２】
被写体を撮像するための撮像手段を用いて、該被写体に光を照射して画像を取得する画像取得方法であって、
外光状況に応じて、前記撮像手段における画像面内の露光量を制御することを特徴とする画像取得方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
また、本発明による指紋認証装置においては、請求項１から１０のいずれか１項に記載の画像取得装置を具備することを特徴とする。
また、本発明による指紋認証装置においては、請求項１５から２０のいずれか１項に記載の画像取得装置を具備することを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
１０４は、撮像手段であるＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型やＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）型等の撮像素子部であり、１次元センサあるいは副走査方向の画素数が５〜２０画素程度の帯状の２次元センサであって、画像を取得する被対象物の面積よりも小さい。本実施形態における撮像素子部１０４は、ＣＭＯＳ型のセンサで、主走査方向が５１２画素、副走査方向が１２画素の帯状の２次元センサであるとする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
以上の制御部１２３ａからの補正、調整により、画像取得部１０１は、被写体の指を照明する光源１０３の光量の均一性を高めるとともに、露光条件をシェーディングに応じて制御して、撮像面内（部分画像面内）での照明条件の差を補正しながら指紋画像の取得を行うことができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４５】
一般的なこうしたセンサ構成の検討結果においても、実験的においても画質的に均一な状態を期待するのは、指２０１が十分接する撮像素子２０４の撮像面（画素領域）の中央（中心部分）６７〜８０％（２／３〜４／５）程度の領域である。また、撮像面の両端の領域は、本来の指紋画像を取得する目的よりも、指２０１の側面の指紋における隆線パターンの変化から中央領域の指紋抽出を補助する役割や、あるいは指２０１の外側から入る光により外光環境（今、室外にいるのか室内にいるのか、夜か昼かなど。）を検知して、適切な露光条件や信号処理レベルを算出するための役割など、中央６７〜８０％の領域の取得画像を補間する情報を得るための領域として用いられる場合が多い。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７４】
特に、撮像素子２０４の主走査方向にわたる上述した各ＬＥＤ２０２ａ〜ｅの輝度ムラの調整を行った上で、副走査方向のシェーディング補正を行うことにより、指紋認証に必要な中心領域の露光条件の均一化を実現でき、これにより、部分画像（撮像素子２０４が一度の走査で取得する画像）の輝度レベルの均一化を実現できる。これにより、部分画像間の接続境界においても輝度差が発生せず、部分画像を合成する際の合成の失敗や合成によるノイズの発生などを防ぐことができ、指紋認証の精度低下を防ぐことができる。以上説明したように、本実施形態における画像取得部１０１は、主走査方向と副走査方向それぞれの特性に合わせた露光量の補正を行うことで、撮像面内における光源の露光量差（光量差）を３０％以内に抑えることを実現している。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９６】
図９に示すように、各行がリセットされるまでの期間９１２の間、ＬＥＤを点灯せずに、各行のリセットを終えた後にＬＥＤを点灯させることで、リセットのタイミングが遅い行ほど電荷蓄積時間（＝露光量）を増加させることができる。逆に期間９１２及び期間９１３の間、ＬＥＤを点灯すれば、リセットのタイミングが遅い行ほど電荷蓄積時間（＝露光量）を減少させることができる。更に、期間９１２〜９１４の間、ＬＥＤを点灯した場合には、期間９１２または期間９１４の間において、ＬＥＤ輝度を変化させることで行単位の露光量を変える（変更させる）ことも可能である。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０２】
また、本実施形態の指紋認証装置は、上述したように光源の点灯タイミングや輝度の制御や撮像素子の電荷蓄積時間の制御により、光源の輝度ムラやシェーディングを補正する手法なので、信号処理により光源の輝度ムラやシェーディングの補正を行う場合と比べて、Ｓ／Ｎの低下や補正による副作用の発生が無いという利点がある。例えば、室外で指紋認証装置を利用する場合などでは、ＬＥＤの明るさよりも外光の明るさのほうが明るく、露光量の調整の主要因になるが、この場合には当然輝度ムラが発生しない。しかし、従来の指紋認証装置において、画像処理で輝度ムラに対して一定の補正処理を行っていた場合には、室内か室外か判別しないと必要のない補正をしてしまう問題がある。あるいは、従来の指紋認証装置では、室内において一部外光が入った場合は、室外の光の領域で過補正がかかってしまう弊害があった。本実施形態における指紋認証装置においては、光源の輝度や発光タイミングの制御や撮像素子の電荷蓄積時間の制御により露光量自体を変化させるため、室外において外光にさらされても露光量を一定に保つことができ、過補正などが生じることはない。また、演算処理による補正ではないので、演算処理によるビット精度低下などの問題も発生しない。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１４９】
実施形態１でも論じたように、光学的な撮像素子で指紋画像を取得したときの指紋パターンによる光強度の差＝コントラストを、指紋の隆線パターンを抽出するために画像演算をする上で必要とされる２５％以上確保するためには、ゲインを掛けることになるためこのような露光量差は照明光の輝度ムラ同様抑える必要がある。抑えられないばあい、中央領域と両端領域の大きな露光量差に対応して階調を割り振るため信号成分の階調性が低くなりコントラストが十分得られず、Ｓ／Ｎ比が減少して認証精度が低下する。本実施形態は、外光の状況を検出して、その状況に応じて光源の点灯状態と撮像素子の蓄積条件を変えることにより、撮像面内（画像面内）の露光分布の均一性を高めるとともに、適正な露光量にすることで、取得できる指紋画像の面積を拡大するとともに、信号成分の階調性を高めて認証精度を向上させることが可能となる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１６８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１６８】
このとき、 複数の配置に応じてグループ化した光源のうち、主走査方向に対して中心側（中心部）に配置したグループと、両端側のグループの少なくとも２グループを、外光の割合に応じて独立して制御する構成としたことにより、外光状況がおおきく変化する室内や夜間との場合と室外の日光下の場合の両者に対して追従してダイナミックレンジと照合精度を確保することを実現した。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１７４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１７４】
こうした外光の斜め入射の場合には、外光判断部がその状況を判定して、図２１（ａ）に示すように６個のＬＥＤの輝度を、第１系統（ＬＥＤ１７０２ａと１７０２ｆ）を５０％、第２系統（ＬＥＤ１７０２ｂと１７０２ｃ）を１００％、第３系統（ＬＥＤ１７０２ｄと１７０２ｅ）を５０％として、全体の輝度分布が破線２１０３となるように制御する（輝度制御手段）。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１７６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１７６】
ただしこの場合、左側領域のＬＥＤ輝度を上げたため、右側領域と左側領域での露光量差は少なくなったものの、合成した露光量は１００％を超えてしまう。２１０４では模式的に１００％以上も示したが実際には飽和して白つぶれしてしまう。このため、外光判断部はＬＥＤの輝度のみでなく撮像素子部も制御して蓄積時間を２／３倍とする（蓄積期間制御手段）。